本發(fā)明涉及信息安全的光學(xué)加密技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種基于qr碼和陣列指紋密鑰的光學(xué)加密方法。

背景技術(shù)：

隨著互聯(lián)網(wǎng)和各種信息傳遞技術(shù)的廣泛應(yīng)用，信息安全成為人們關(guān)注的熱點之一。對所傳遞的信息進行加密是一種行之有效的技術(shù)手段。由于光學(xué)系統(tǒng)在信息處理上具有高速并行的處理能力，光學(xué)圖像加密成為近年來的研究熱點。國內(nèi)外很多人開展了光學(xué)圖像加密技術(shù)的研究，采用傅立葉變換、數(shù)字全息、菲涅爾變換、夫朗和費衍射、光學(xué)相關(guān)等光信息處理方法，來達到對信息加密的目的。近年來，gyrator變換作為一種新興的數(shù)學(xué)變換備受人們重視，尤其在圖像加密領(lǐng)域。2007年，rodrigo等在數(shù)學(xué)上提出了gyrator變換，它是傳統(tǒng)傅里葉變換在分數(shù)級次上的推廣，詳細討論了這種變換的多種性質(zhì)。隨后，又提出了在光學(xué)上實現(xiàn)gyrator變換，采用兩兩之間具有特定距離的三個廣義透鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)來實現(xiàn)，進而，gyrator變換在圖像加密領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。但是，傳統(tǒng)的gyrator變換安全性不高，易于受到攻擊，而且，一次加密過程可攜帶信息量少，只能對單幅或幾幅圖像進行加密。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有信息加密技術(shù)中存在的缺陷和不足，提出一種基于qr碼和陣列指紋密鑰的光學(xué)加密方法，即先將原始信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的qr碼，通過陣列指紋密鑰和結(jié)合gyrator變換，實現(xiàn)qr碼的加密和解密，再通過智能手機或ipad等掃描設(shè)備讀出原始信息。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

一種基于qr碼和陣列指紋密鑰的光學(xué)加密方法，包括步驟：qr碼轉(zhuǎn)換，混合指紋密鑰生成，qr碼加密，qr碼解密和原始信息再現(xiàn)等五個部分，其包括下列詳細步驟：

步驟(1)qr碼轉(zhuǎn)換

通過qr碼生成器將原始信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的qr碼；

所述的原始信息可以是文字、圖像、url地址和電子郵件等能用qr碼生成器在線轉(zhuǎn)換的信息。

步驟(2)混合指紋密鑰生成

定義：混合指紋密鑰，包括混合指紋加密密鑰和混合指紋解密密鑰；

通過對混合指紋加密密鑰取復(fù)數(shù)共軛，得到混合指紋解密密鑰。

混合指紋密鑰生成，通過指紋讀取設(shè)備獲取到人體指紋圖像，然后對指紋圖像進行圖像處理，使之更清晰；

然后采集更多用戶的指紋圖像或者同一用戶的不同指紋圖像，經(jīng)過上述相同步驟的處理，建立指紋密鑰庫；

從指紋密鑰庫中選取出n×m個欲參與加密過程的用戶的指紋圖像，形成n×m陣列指紋密鑰；

由激光器發(fā)出的激光，經(jīng)過擴束器擴束后，照射到達曼光柵上，經(jīng)傅里葉變換透鏡l1在焦面處產(chǎn)生n×m束等強度的陣列激光，照射n×m陣列指紋密鑰，再經(jīng)傅里葉變換透鏡l2在焦面處生成混合指紋加密密鑰。

達曼光柵是一種特定設(shè)計的周期性的相位光柵，可以產(chǎn)生等強度的n×m陣列激光，n和m的數(shù)值由達曼光柵的結(jié)構(gòu)決定，n×m陣列激光中的每一束激光對應(yīng)照射n×m陣列指紋密鑰中每一個指紋圖像，每一束激光光斑大小和每一個指紋圖像的尺寸相匹配。

達曼光柵和陣列指紋密鑰分別位于傅里葉變換透鏡l1的前焦面和后焦面；陣列指紋密鑰和混合指紋加密密鑰分別位于傅里葉變換透鏡l2的前焦面和后焦面。

步驟(3)qr碼加密

qr碼與加密隨機相位板相乘，經(jīng)過第一級gyrator變換后，與混合指紋加密密鑰相乘，經(jīng)過第二級gyrator變換，獲得加密qr碼。

第一級gyrator變換是角度為α1的gyrator變換，第二級gyrator變換是角度為α2的gyrator變換。

步驟(4)qr碼解密

加密qr碼經(jīng)過第二級gyrator逆變換，與混合指紋解密密鑰相乘后，經(jīng)過第一級gyrator逆變換后，與解密隨機相位板相乘，獲得解密qr碼。

解密隨機相位板是加密隨機相位板的復(fù)數(shù)共軛；第一級gyrator逆變換是角度為-α1的gyrator變換，第二級gyrator逆變換是角度為-α2的gyrator變換。

步驟(5)原始信息再現(xiàn)

通過智能手機、ipad等設(shè)備掃描解密qr碼讀出原始信息。

綜上所述，本發(fā)明具有如下特點：第一、將原始信息轉(zhuǎn)換為qr碼進行加密，具有信息量大，信息種類多，而且用智能手機或ipad等設(shè)備進行在線掃描，方便快捷。第二、用人體的生物特征——指紋，尤其是陣列指紋作為混合密鑰進行聯(lián)合加密，私密性好，安全性更高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于qr碼和陣列指紋密鑰的光學(xué)加密方法的流程框圖；

圖中1：qr碼轉(zhuǎn)換；2：混合指紋密鑰生成；3：qr碼加密；4：qr碼解密；5：原始信息再現(xiàn)。

圖2為本發(fā)明混合指紋加密密鑰的生成示意圖。

圖中24：激光器；25：擴束器；26：達曼光柵；l1：傅里葉變換透鏡；

23：陣列指紋密鑰；l2：傅里葉變換透鏡；s:混合指紋密鑰；s1：混合指紋加密密鑰；s2：混合指紋解密密鑰。

圖3為本發(fā)明qr碼加密原理示意圖；

圖中12：qr碼；r1：加密隨機相位板；31：第一級gyrator變換；

32：第二級gyrator變換；s1：混合指紋加密密鑰；13：加密qr碼。

圖4為本發(fā)明qr碼解密原理示意圖；

圖中r2：解密隨機相位板；41：第一級gyrator逆變換；42：第二級gyrator逆變換；s2：混合指紋解密密鑰；14：解密qr碼。

圖5為本發(fā)明實施例原始信息11加密示意圖；

圖中qr碼12，陣列指紋密鑰23和加密qr碼13。

圖6為本發(fā)明實施例中匹配密鑰和非匹配密鑰情況下的解密示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述：

一種基于qr碼和陣列指紋密鑰的光學(xué)加密方法(如附圖1所示)，包括

步驟1：qr碼轉(zhuǎn)換；步驟2：混合指紋密鑰生成；步驟3：qr碼加密；步驟4：qr碼解密和步驟5：原始信息再現(xiàn)5等五個部分組成，詳細包括下列步驟：

步驟1：qr碼轉(zhuǎn)換

通過qr碼生成器將原始信息11轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的qr碼12。

所述的原始信息11可以是文字、圖像、url地址和電子郵件等能用qr碼生成器在線轉(zhuǎn)換的信息。

步驟2：混合指紋密鑰生成

通過指紋讀取設(shè)備獲取到人體指紋圖像21，然后要對指紋圖像21進行圖像處理，使之更清晰，然后采集更多用戶的指紋圖像21或者同一用戶的不同指紋圖像21，經(jīng)過相同的處理步驟，建立指紋密鑰庫22；從指紋密鑰庫22中提取出n×m個欲參與加密過程的用戶的指紋圖像21，形成n×m陣列指紋密鑰23。

由激光器24發(fā)出的激光，經(jīng)過擴束器25擴束后，照射到達曼光柵26上，經(jīng)傅里葉變換透鏡l1在焦面處產(chǎn)生n×m束等強度的陣列激光，經(jīng)過n×m陣列指紋密鑰23，再經(jīng)傅里葉變換透鏡l2在焦面處生成混合指紋加密密鑰s1(如附圖2所示)。

所述達曼光柵26是一種特定設(shè)計的周期性的相位光柵，可以產(chǎn)生等強度的n×m陣列激光，n和m的數(shù)值由達曼光柵的結(jié)構(gòu)決定，n×m陣列激光中的每一束激光對應(yīng)照射n×m陣列指紋密鑰23中每一個指紋圖像，每一束激光光斑大小和每一個指紋圖像的尺寸相匹配。

所述達曼光柵26和陣列指紋密鑰23分別位于傅里葉變換透鏡l1的前焦面和后焦面。

陣列指紋密鑰23和混合指紋加密密鑰s1分別位于傅里葉變換透鏡l2的前焦面和后焦面。

混合指紋密鑰s包括混合指紋加密密鑰s1和混合指紋解密密鑰s2；對混合指紋加密密鑰s1取復(fù)數(shù)共軛，得到混合指紋解密密鑰s2。

步驟3：qr碼加密的加密原理(如附圖3所示):

qr碼12與加密隨機相位板r1相乘，經(jīng)過第一級gyrator變換31后，與混合指紋加密密鑰s1相乘，經(jīng)過第二級gyrator變換32，獲得加密qr碼13。

第一級gyrator變換31是角度為α1的gyrator變換，第二級gyrator變換32是角度為α2的gyrator變換。

步驟4：qr碼解密的解密原理(如附圖4所示):

加密qr碼13經(jīng)過第二級gyrator逆變換42后，與混合指紋解密密鑰s2相乘，經(jīng)過第一級gyrator逆變換41，再與解密隨機相位板r2相乘，獲得解密qr碼14。

解密隨機相位板r2是加密隨機相位板r1的復(fù)數(shù)共軛；第一級gyrator逆變換41是角度為-α1的gyrator變換，第二級gyrator逆變換42是角度為-α2的gyrator變換。

步驟5：原始信息再現(xiàn)，使用智能手機、ipad等設(shè)備掃描解密qr碼14讀出原始信息11。

本發(fā)明的一個實施例：

原始信息11為一幅圖片(如附圖5a所示)，用qr碼生成器將原始信息11轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的qr碼12(如附圖5b所示)。

加密過程采用角度α1為π/3的第一級gyrator變換31和角度α2為π/5的第二級gyrator變換32。達曼光柵26可產(chǎn)生5×5等強度的陣列激光(n＝m＝5)，每個光斑直徑12mm，相鄰兩個光斑邊緣之間的距離3mm(如附圖5c所示)；陣列指紋密鑰23為5×5矩陣排列的25個指紋圖像，每一束激光照射一個指紋圖像，每個指紋圖像約為15mm×15mm(如附圖5d所示)。

根據(jù)附圖3的加密原理得到的加密qr碼13(如附圖6a所示)。根據(jù)附圖4的解密原理，采用完全匹配的解密密鑰和對應(yīng)級次的gyrator逆變換，第一級gyrator逆變換41和第二級gyrator逆變換42，得到的解密qr碼14(如附圖6b所示)，采用錯誤解密密鑰時，得到解密qr碼14(如附圖6c所示)。由附圖6可以看出，在解密密鑰完全匹配，能得到清晰的解密qr碼圖片，解密密鑰不正確時，不能得到解密qr碼，進而不能掃描出原始信息。由此可見，本發(fā)明提出的光學(xué)加密方法具有保密性高的特點。

據(jù)此，本發(fā)明主要技術(shù)貢獻可概括為：

(1)將原始信息轉(zhuǎn)換為qr碼進行加密，具有信息量大，信息種類多，而且用智能手機或ipad等設(shè)備進行在線掃描，方便快捷。

(2)用人體的生物特征——指紋，尤其是陣列指紋作為混合密鑰進行聯(lián)合加密，私密性好，安全性更高。

綜上所述，本發(fā)明基于qr碼和陣列指紋密鑰的光學(xué)加密方法，基于以上重要特點，在為解決互聯(lián)網(wǎng)信息安全，特別提高建立在光學(xué)圖像信息傳遞的安全性方面提供了新的技術(shù)手段，它具有適用范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，攜帶方便，安全性好等的優(yōu)勢。